解题思路:(1)首先我们先来判断承担重物的绳子股数,很明显绳子股数是4,接着我们要思考,这4段绳子承担的是物重吗?物体A浸没在水中,必然要受到水对它的浮力,所以这4段绳子承担的是重力(包括动滑轮重、绳重及摩擦)和浮力的差值.这是解答本题的关键.然后根据滑轮组机械效率的计算公式η=
(G−
F
浮
) h
FS
=
G−
F
浮
nF
,推导得出得:
F=
G−
F
浮
nη
,而F浮=ρ液V排g.
(2)“滑轮组绳索能承受到最大拉力为350N”也就告诉了我们绳子的拉力按350N进行计算.同样,根据上面的公式即可求出F浮,继而求出V排,再用V物减去V排即为露出水面的体积.
由题意可知绳子股数是4,物体重力G物=mg=140kg×10N/kg=1400N,物体体积V物=60dm3=0.06m3
(1)物体A浸没在水中,受到了水对他施加的竖直向上的浮力:F浮=ρ水V物g=1.0×103kg/m3×0.06m3×10N/kg=600N.
此时机械效率:η=
(G−F浮) h
FS=
G−F浮
nF,由此公式可得:F=
G−F浮
nη=[1400N−600N/4×80%]=250N
(2)“滑轮组绳索能承受到最大拉力为350N”即此时拉力F′=350N
设物体露出水面部分体积为V露,则有η=
G−ρ水(V物−V露)g
nF′,滑轮组的机械效率不变,代入数字:
80%=
1400N−1.0×103kg/m3×(0.06m3−V露) ×10 N/kg
4×350N
V露=3.2×10-2m3
答:物体A在水中被匀速提升时,拉力F是250N; 如果动滑轮挂钩用钢丝绳与物体相连,而滑轮组绳索能承受到最大拉力为350N,当物体露出水面体积为3.2×10-2m3.
点评:
本题考点: 滑轮(组)的机械效率;浮力大小的计算.
考点点评: 这道题是浮力和机械效率综合在一起的计算题,是我们初中力学中比较难的题目.